Ilusión de doble clavo

La ilusión del clavo doble ^{[ 1 ]} es una ilusión multimodal en la que dos objetos físicos similares, que se encuentran uno detrás del otro en profundidad, parecen estar visualmente uno al lado del otro (a una profundidad aproximadamente a la mitad entre los dos objetos físicamente presentes) en lugar de estar uno directamente detrás del otro.

Esta observación no puede explicarse sobre la base de las teorías clásicas de la percepción binocular de la profundidad (Krol 1982, págs.  28-33), pero puede explicarse mediante fantasmas binoculares en una red neuronal .

La configuración básica fue mencionada en 1950 por Rønne ^{[ 2 ]} y redescubierta e investigada sistemáticamente en 1978 por Krol, ^{[ 3 ]} ver Historial de investigación . ^{[ 4 ]}

Las condiciones para la ilusión y las principales observaciones se describen en Ilusión básica del doble clavo , en Mediciones de imágenes fantasma y en Variaciones . Las observaciones relacionadas se enumeran en Bordes y superficies .

Imágenes idénticas . En la ilusión básica, los dos objetos están en posición vertical en el campo visual a la misma altura, con la misma longitud y color, y están uno detrás del otro, alineados con la nariz (Krol 1982, p. 25).

Área para estereopsis fina . Para experimentar la ilusión, ambos objetos reales deben estar dentro del rango de estereopsis fina (en la figura: estereopsis patente) (Krol 1982, págs. 10-13). A una distancia de visualización de 30 cm, esta área tiene un rango de solo 7-22 mm en línea recta hacia adelante, ^{[ 5 ] [ 6 ]} simétricamente alrededor del punto de fijación; más hacia el lado, el rango aumenta rápidamente. Esto significa que la distancia máxima entre los dos objetos puede estar entre 7 y 22 mm, siempre que los ojos estén enfocados en un punto en el medio entre los dos objetos. Si los ojos están enfocados en el objeto frontal (o posterior), este objeto se ve como una sola imagen fusionada, y el otro objeto como una imagen doble sin profundidad en la distancia de visualización ( horóptero ). ^{[ 7 ]} Estas observaciones son predichas por hallazgos clásicos para la percepción binocular de profundidad. Los fantasmas binoculares (C, D) no se ven.

Distancia . Si se aumenta la distancia de observación a los dos objetos, el rango de profundidad en mm aumenta. La distancia entre los dos objetos puede entonces ser mayor. Por el contrario, si se reduce la distancia de observación, la distancia entre los objetos debe ser menor. Al variar la distancia de observación, es posible alternar entre ver la ilusión y ver las imágenes dobles (Krol 1982, p. 27).

Soporte nasal para fijar la cabeza.

Convergencia . Si un observador con visión normal centra su atención en ambos objetos, ambos ojos convergen y se acomodan automáticamente en un punto intermedio. Esto ocurre cada vez con mayor frecuencia a medida que la distancia entre los objetos disminuye. En ese momento, se crea un estado estable en el que resulta más difícil converger a una distancia diferente. Esto significa que, una vez percibida la ilusión, es fácil seguir viéndola (Krol 1982, pp. 29-30).

Apoyo nasal . La ilusión es muy sensible a las perturbaciones y se puede evocar más rápidamente con una disposición de visualización alineada con precisión y en la que la posición de la cabeza esté estabilizada, por ejemplo, con un apoyo nasal (Krol 1982, p. 51). Pero también se puede lograr con la siguiente demostración sencilla.

La parte inferior de la figura contiene una representación simplificada del neuromodelo que dio origen a la investigación de la ilusión del doble clavo (Krol 1982, p.  20). Este modelo se basa en la existencia, en la corteza visual , de células nerviosas con información de ambos ojos, sintonizadas a una disparidad binocular particular . ^{[ 8 ]}

En la ilusión del clavo doble, se estimulan cuatro células binoculares A', B', C' y D', que indican la ubicación y la profundidad de A, B, C y D. Si no hubiera interacción entre las células, el modelo predice que se percibirían cuatro objetos.

Para explicar la observación en la ilusión del doble clavo, se supone que las células binoculares, cuando se activan, se influyen mutuamente de la siguiente manera:

1. Las células sintonizadas a la misma profundidad (disparidad) amplifican la actividad de las demás (+);
2. Las células sintonizadas a diferentes profundidades (disparidades) atenúan la actividad de las demás (−).

El resultado es que C' y D' se activan en exceso y se ven imágenes fantasma, mientras que A' y B' suprimen la actividad del otro y se silencian, con lo que los objetos físicamente presentes A y B no se perciben. Este mecanismo también podría explicar la profundidad percibida en los estereogramas de puntos aleatorios de Bela Julesz. ^{[ 9 ]}

La explicación anterior se aplica a la situación en la que los dos estímulos reales se encuentran dentro del rango de la estereopsis . Si A y B están más separados y quedan fuera de esta área, entonces, según el modelo, A y B no se perciben porque no hay células binoculares que puedan indicar la presencia de un objeto. En otras palabras, no puede ni es necesario que exista interacción alguna entre las neuronas binoculares para explicar la percepción, como se muestra en el estereograma de Wheatstone a continuación.

El modelo descrito anteriormente forma parte de un modelo que, además de la estereopsis fina, también incluye la visión simple y la visión doble (Krol 1982, págs.  53-79).

Krol (1982, págs.  40-48) investigó la posición exacta en la que se observan imágenes fantasma cuando la disposición de doble clavo se rota fuera del plano sagital medio (inclinación): véase la figura. Si los dos objetos reales A y B se rotan alrededor de un punto medio entre A y B, las imágenes fantasma geométricas C y D se separan lentamente en profundidad: véanse las dos imágenes de la izquierda. En la tercera imagen, el caso límite de Panum, AB y CD coinciden. Con una rotación aún mayor (imagen de la derecha), C y D se separan muy rápidamente.

Los participantes en los experimentos debían fijar un punto y señalar con un puntero la ubicación de las imágenes izquierda y derecha observadas. (Se comprobaba si el observador fijaba el punto correctamente mediante una línea de vernier monocular en cada ojo).

La figura " Mediciones de profundidad" muestra una medición típica. La figura muestra las posiciones de profundidad reales de A, B, C y D con respecto a la distancia de fijación. Los símbolos indican la profundidad percibida. Con pequeñas inclinaciones (rotaciones), las imágenes percibidas se ven en las posiciones de las imágenes fantasma C y D. Según el caso límite de Panum, las imágenes se ven en las posiciones de las imágenes reales A y B. Esto último se explica porque C y D quedan fuera del área de estereopsis.

Conclusión: con pequeñas inclinaciones, efectivamente se observan las imágenes fantasma binoculares (C, D). Con inclinaciones mayores que el caso límite de Panum, se observan los objetos reales (A, B).

La hipótesis de que se observan imágenes fantasma binoculares en la ilusión básica del doble clavo lleva a predecir diferentes apariencias cuando se varían el punto de fijación y la distancia, la forma o la orientación de los dos "clavos". Estas variaciones han sido demostradas (Krol 1982, págs.  27-39):

• Diferencia de espesor :Si los objetos frontal y posterior tienen espesores desiguales (por ejemplo, 0,75 y 1,5 mm), se observan  dos superficies rotadas  , y la cantidad de rotación se predice mediante la diferencia de espesor (Krol 1982, págs. 27-28), véase la figura.
• Diferencia de longitud :Si los objetos delantero y trasero tienen longitudes diferentes, la ilusión solo se produce en la parte donde ambos objetos tienen la misma altura. La parte que sobresale se ve en su posición real y parece flotar . Si el objeto más corto tiene una pelota, esta se ve en su posición real y parece flotar (Krol 1982, págs.  27-33), véase la figura.
• Convergencia : La ilusión se produce cuando los ojos convergen entre el objeto frontal y el posterior, y la distancia entre ellos es lo suficientemente pequeña. Si la convergencia se desplaza desde un punto intermedio entre ambos objetos hacia el objeto frontal o posterior, el objeto fijo se ve simple y el otro doble; la ilusión no se produce (Krol 1982, págs. 27-33).
• Distancia : A una distancia de visualización equivalente a la longitud de un brazo, la ilusión solo se produce cuando la distancia entre los dos objetos es pequeña, del orden de milímetros. Si se aumenta la distancia entre los dos objetos o se disminuye la distancia de visualización, el objeto que está delante o detrás converge automáticamente y el otro objeto se ve doble; la ilusión no se produce (Krol 1982, págs. 27-33).
• Inclinación con imagen doble : si el objeto frontal tiene una pequeña bola y se aumenta la distancia entre los objetos y se gira la configuración unos pocos grados (inclinación), se puede observar lo siguiente: la bola frontal aparece como una imagen doble a la distancia de fijación, las imágenes fantasma aparecen ligeramente detrás de ella y desplazadas en profundidad (Krol (1982, p. 32), ver figura inclinación con imagen doble.
• Inclinación : Si los objetos delantero y trasero se inclinan entre sí en dirección izquierda-derecha, los objetos percibidos se inclinan en profundidad (Krol 1982, págs. 36-38), véase la figura inclinación.
• Diferencia de contraste : si los objetos frontal y posterior son más claros o más oscuros que el fondo, la ilusión de profundidad permanece inalterada e independiente del contraste entre ambos. Si un objeto es más claro y el otro más oscuro que el fondo, no es posible la fusión y se observan imágenes dobles del objeto frontal o posterior, cerca de la distancia del horóptero (Krol 1982, p. 39).
• Diferencia de color :Si los objetos frontal y posterior tienen una bola roja y una verde, respectivamente, a la misma altura, la ilusión de profundidad permanece inalterada. Las bolas se ven una al lado de la otra, con la de la izquierda verde en distintos momentos y la de la derecha roja, y viceversa, o ambas del mismo color. No se observa mezcla de colores (Krol 1982, págs.  38-39).

• 
  Diferencia de grosor: puertas batientes.
• 
  Diferencia de longitud. Las líneas punteadas no se ven.
• 
  Inclinación con imágenes dobles.
• 
  Inclinación. Los planos sirven para ilustrar la inclinación. Dirección de visualización de derecha a izquierda.

La ilusión del doble clavo es una ilusión en la que las percepciones a través de la vista y el tacto entran en conflicto entre sí y con la realidad física (Krol 1982, pp.  4-5). Al observar desde diferentes posiciones, el observador puede saber cuál es la situación "verdadera", basándose en información visual desde distintas perspectivas. Al palpar con un dedo, el observador puede darse cuenta de que los objetos físicos están (de hecho) presentes y los objetos percibidos (imágenes ilusorias) no lo están. Si el observador cambia ligeramente la orientación de los dos clavos entre sí, se percibe un movimiento en profundidad que no se corresponde con el movimiento realizado; véanse las variaciones de "rotación" e "inclinación" . Además, los objetos físicos en la ilusión del doble clavo contienen, debido a su diferencia física de distancia, sutiles indicios monoculares de profundidad que podrían delatar la verdadera naturaleza de las imágenes percibidas. La ilusión también se produce si los dos objetos físicos se pueden distinguir claramente entre sí por el color (por ejemplo, uno rojo y el otro verde); en la percepción, el color de las imágenes percibidas alterna entonces entre los dos colores. A pesar de todo, las imágenes fantasma aún se perciben. Krol y van de Grind describen que intentar sentir las imágenes fantasma y observar un movimiento distinto al que se está realizando produce una incómoda sensación de que "algo no está bien" y provoca una sonrisa refleja.

Krol (1982, p.  26) describe una forma sencilla de crear la ilusión utilizando una aguja y un espejo como segundo objeto. La aguja se sostiene a una distancia de unos 30  cm, a pocos milímetros del espejo, de manera que se vea la mayor parte posible de la aguja, y la parte superior de la aguja y la parte superior de la imagen reflejada en el espejo se ven a la misma altura, alineadas con la nariz.

Para comprobar si se da la situación correcta, basta con cerrar alternativamente los ojos izquierdo y derecho, sin mover la cabeza ni la aguja, y observar si cada ojo ve dos agujas que están una al lado de la otra a la menor distancia posible.

Nota: La percepción que se crea al usar una imagen especular se asemeja a la ilusión física, pero no es exactamente igual; véase ilusión multimodal.

Algunos investigadores utilizan un estereograma de Wheatstone para evocar la ilusión del doble clavo (Krol 1982, p.  24): véase la figura. Este estereograma consta de dos imágenes, una para cada ojo, con dos líneas paralelas. En la figura clásica del estereograma de Wheatstone, solo se ilustran las posiciones de las imágenes fantasma (X y F corresponden a C y D de la ilusión del doble clavo). Wheatstone no dibujó las proyecciones de A y B, posiblemente porque se encuentran muy fuera del área de percepción de profundidad. Por lo tanto, esta situación no es equivalente a la de la ilusión del doble clavo.

Krol (1982, p.  24) sugiere que un estereograma difiere de la ilusión física del doble clavo porque en un estereograma no hay objetos físicos presentes y, por lo tanto, no es una ilusión multimodal .

En resumen, se pueden distinguir dos tipos de objetos:

1. Existe un objeto físico que se puede tocar pero no percibir.
2. Se observa un objeto en una posición donde no se puede tocar.

En los estereogramas, solo existen objetos físicos con la forma del propio estereograma. No hay indicios en la imagen percibida que indiquen qué objetos están presentes o no. Todas las imágenes percibidas son de tipo 2. En la ilusión del doble clavo, existen imágenes de tipo 1 y de tipo 2. El observador puede discernir qué imágenes son reales mediante la percepción táctil, pero esta información no se utiliza en la percepción visual .

La investigación sobre la ilusión de los dos clavos se ha descrito en varios lugares ^{[ 2 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} y esta investigación se resume en Krol (1982). ^{[ 3 ]}

La percepción de la ilusión básica del doble clavo puede describirse mediante la proyección ciclópea de Hering si las imágenes se ven a la distancia de visión (horóptero); la observación de las variantes no puede explicarse de esta manera (Krol 1982 p.  59, 89-90).

Burt y Julesz (1980) ^{[ 15 ]} explican la ilusión asumiendo que cada objeto en la región de fusión crea una "zona prohibida" a través de la cual otros objetos no pueden fusionarse ni ser vistos. Krol y van de Grind (1982a) ^{[ 16 ]} refutan esta idea. Burt y Julesz (1982) ^{[ 17 ]} tienen una respuesta a esto, que luego es refutada por Krol y van de Grind (1983), ^{[ 18 ]} véase también Krol (1982, pp.  159-167).

Las mediciones de la posición de profundidad de las imágenes observadas para las diferentes variantes confirman que las imágenes observadas son imágenes fantasma binoculares . ^{[ 12 ]} Ono publicó una explicación alternativa en 1984. ^{[ 19 ]} Esta explicación alternativa ha sido refutada por Krol y van de Grind. ^{[ 20 ]}

Krol y van de Grind (1986) ^{[ 21 ]} muestran que algunos efectos de profundidad aparentes se deben a que los ojos intentan evitar que los bordes de contraste opuesto caigan en partes correspondientes de ambos ojos (profundidad debida a la vergencia). La explicación alternativa de Foley de la ilusión de dos picos basada en la "fusión de profundidad" también quedaría refutada. (Krol 1982, págs.  81-111, 125-144) argumentan además que ver profundidad en un estereograma de dos líneas de contraste opuesto puede explicarse.

Nakazimo y Kondo (1988) ^{[ 22 ]} investigaron la similitud con el "fenómeno del papel tapiz". Nakazimo, Shimono y Kondo (1988) ^{[ 23 ]} investigaron la ilusión del doble clavo en el caso límite de Panum y llegaron a resultados similares a los informados por Krol (1982).

• visión binocular
• Visión direccional
• Estereopsis
• Horóptero